AIAG CORE TOOLS: Measurement Systems Analysis MSA Fourth Edition Ing. Nayeli Michel Ovalle Cruz. MSA El propósito del Manual MSA es proporcionar una guía para evaluar la calidad de un sistema de medición. Esta herramienta al igual que el APQP, PPAP, AMEF y SPC es considerada parte de las Core Tools del sector automotriz y es un requerimiento de la especificación técnica 2 Criterios IATF 16949 para MSAs 7.1.5.1.1- Análisis de Sistemas de Medición Se requiere conducir estudios estadísticos para analizar variaciones presentes en los resultados de cada tipo de sistema de equipo de inspección, medición y prueba, identificado en los planes de control, Se requiere que los métodos analíticos y criterios de aceptación cumplan con los manuales de referencia sobre análisis de sistemas de medición, Se requiere retener registros de aceptación de los clientes para métodos alternativos, junto con resultados de análisis de sistemas de medición alternativos mismos, y La priorización de estudios estadísticos requiere enfocarse características críticas o especiales de los productos ó procesos. 3 en Aplicación de MSA Análisis de Sistemas de Medición Los equipos y sistemas de medición pueden no ser confiables aun y cuando se encuentren debidamente calibrados y verificados, Puede ser necesario entonces ejecutar, además, estudios estadísticos básicos como Estabilidad, Repetibilidad, Sesgo, Linealidad, Repetibilidad y Reproducibilidad (ó R&R), y sobre todo en los equipos y sistemas de medición referenciados en los planes de control, que pueden ser de mayor importancia que otros, para fines de monitoreo y control del producto y el proceso, El manual MSA-4: 2010 para Análisis de Sistemas de Medición es una buena guía ó referencia para análisis, evaluación y control de equipos y sistemas de medición replicables. Aspectos a considerar sobre el MSA MSA (edición 4 del 2010) es el 1er. manual como herramienta central (ó core tool) que emitió la industria automotriz, El objetivo es lograr confiabilidad en las mediciones, sobre todo con equipo ó sistemas de medición referidos en planes de control, MSA opera en conjunto con esquemas de sistemas de calidad (ISO, IATF, etc.) y las otras herramientas centrales como, APQP y PPAP, Es importante enfatizar, bajo experiencia, que aun y cuando equipos y sistemas de medición estén calibrados y verificados correctamente, puede haber otro tipo de fuentes de error ó variación en las mediciones mismas (por ej., evaluadores y métodos de medición), obteniendo datos erróneos y por tanto se toman decisiones equivocadas, para una situación particular. 5 Análisis del Sistema de Medición (MSA) Measurement Systems Analysis Capitulo 1 – Generalidades del Sistema de Medición. A. B. C. D. E. F. G. Introducción, propósito y terminología. Proceso de Medición. Estrategia de Medición y Planeación Desarrollo de recursos para la medición. Problemas en la medición. Medición incierta Análisis problemas de medición Análisis del Sistema de Medición (MSA) Measurement Systems Analysis Capitulo II – Conceptos generales para la evaluación del sistema de medición. A. Antecedentes B. Seleccionar / desarrollar procedimientos de prueba C. Preparación de un estudio de sistema de medición D. Análisis de los resultados – criterios de aceptación. Análisis del Sistema de Medición (MSA) Measurement Systems Analysis Capitulo III – Prácticas recomendadas para un Sistemas de Medición simple. A. Ejemplos de procedimientos de prueba B. Estudio de variables de medición (determinación de estabilidad, bias, linealidad, repetibilidad y reproducibilidad. C. Estudio de sistemas de medición por atributos. Análisis del Sistema de Medición (MSA) Measurement Systems Analysis Capitulo IV – Otras prácticas para sistemas de medición A. B. C. D. E. F. G. H. Practicas para sistemas de medición complejos o no replicables. Estudios de estabilidad Estudios de Variabilidades Reconocimiento de los Efectos de una Excesiva Variación Dentro de las Partes Método de Promedios y Rangos – Tratamiento Adicional Curva de Desempeño de Gages Sección G Reducción de Variación a Través de Lecturas Múltiples Enfoque de la Desviación Estándar Combinada a los GRRs CAPITULO I Guías y Lineamientos Generales para Sistemas de Medición Sección A – Introducción, Propósito y Terminología Variaciones de Localización • Exactitud (ó Sesgo) es “lo cercano” a un valor verdadero ó a un valor • Estabilidad es el cambio de sesgo en el tiempo (normalmente de referencia aceptado, determinado con SPC), 11 Página 6 Sección A – Introducción, Propósito y Terminología Variaciones de Localización • Linealidad es el cambio de sesgo en todo el rango normal de operación, 12 Página 6 Sección A – Introducción, Propósito y Terminología Precisión es “lo cercano” de lecturas repetidas unas con otras. Repetibilidad es la variación en las mediciones obtenidas con un instrumento de medición cuando se use varias veces por un mismo evaluador y midiendo la misma característica de una parte (conocida como Variación del Equipo – VE ó EV). 13 Página 6 Sección A – Introducción, Propósito y Terminología Variaciones de Amplitud • Reproducibilidad es la variación en el promedio de las mediciones hechas por diferentes evaluadores, usando el mismo gage y midiendo la característica de una parte (conocida como Variación de los Evaluadores – VE ó AV). 14 Página 6 Análisis del Sistema de Medición (MSA) Un buen sistema de medición posee las siguientes propiedades: 1. 2. 3. 4. 5. Debe producir un número que está "cerca" de la propiedad real que se está midiendo. - preciso Si el sistema de medición se aplica repetidas veces a un mismo objeto, las medidas de producción debe estar cerca de otro. – repetible. Debe producir resultados precisos y consistentes sobre el rango de interés – lineal Debe producir los mismos resultados cuando es usado por cualquier individuo entrenado. – reproducible. Debe producir los mismos resultados en el futuro como lo hizo en el pasado – estable. ϕ Error Tipo 1 Errores de Medición Rechazar un producto que cumple con las especificaciones. Rechazo y retrabajo $, T ϕ Error Tipo 2 Aceptar un producto que no cumple con las especificaciones. Pasa a la siguiente operación Embarca $, T, $, prestigio, sanción Sección E – Aspectos Clave en las Mediciones • • Página 44 Otro aspecto clave es la discriminación, capacidad de lectura ó resolución del equipo de medición, contemplando siempre inicialmente la regla empírica 1-10, La discriminación no es aceptable para análisis si no puede detectar la variación del proceso, y no es aceptable para control si no puede detectar variaciones por causas especiales, 17 Análisis del Sistema de Medición (MSA) Discriminación – Algunas veces llamada “Resolución”, se refiere a la habilidad del sistema de medición para dividir las mediciones en “categorías de datos”. Todas las partes dentro de una categoría particular de datos se medirán igual. Capacidad de detectar en la característica incluso cambios pequeños. Si es inaceptable, puede ser inadecuada para identificar variaciones en el proceso o cuantificar valores de características de la pieza. Análisis del Sistema de Medición (MSA) Discriminación Discriminación Pobre 1 2 3 4 5 4 5 Discriminación Buena 1 2 3 CAPITULO II Conceptos para Evaluar Sistemas de Medición Measurement Systems Analysis Capitulo II – Conceptos generales para la evaluación del sistema de medición. A. Antecedentes B. Seleccionar / desarrollar procedimientos de prueba C. Preparación de un estudio de sistema de medición D. Análisis de los resultados – criterios de aceptación. Sección A – Antecedentes Página 10 2 aspectos clave a evaluar son: 1) Verificar que la variable a medir es la correcta, en la localización apropiada, con los dispositivos y sujeción que apliquen, y los aspectos ambientales relevantes, y 2) Determinar qué propiedades estadísticas del sistema de medición en cuestión se necesitan para saber si es ó no aceptable. Las 2 fases de evaluación son: Fase 1) Entendimiento del proceso de medición y cumplimiento con requerimientos, y Fase 2) Cumplimiento de requerimientos en el tiempo. 22 Sección B – Selección/Desarrollo de Procedimientos de Prueba Algunos aspectos clave a considerar en la selección y desarrollo de un procedimiento de prueba de un proceso ó sistema de medición son: * ¿Qué patrones ó estándares se usarán y de qué nivel?, * Para la Fase 2 anterior, considerar mediciones en que el operador no sepa que una evaluación se va a ejecutar, * El costo de las pruebas, * El tiempo requerido para las pruebas, * Asegurar una definición operacional y aceptada de cada término usado, * ¿Las mediciones del proceso ó sistema en cuestión serán comparadas con las mediciones de otro?, y * ¿Con qué frecuencia se ejecutará la Fase 2 anterior? 23 Sección C – Preparación para un Estudio de un Sistema de Medición Aspectos clave para la preparación de un estudio son: 1) Planear el enfoque a ser usado (ej., si será por algún juicio de ingeniería, observaciones visuales ó algún gage, etc.), 2) El número de evaluadores (u operadores) a usar, así como el número de partes y repeticiones, 3) Los evaluadores seleccionados deben ser de aquellos que normalmente operan el instrumento, 4) Correcta selección y disponibilidad de muestras que representen el proceso de producción mismo, 5) El instrumento debiera contar con una discriminación que permita medir al menos un décimo de la variación de la característica en cuestión (Regla empírica 1-10), y 6) Asegurar que el método de medición está midiendo la dimensión de la característica y sigue el procedimiento de medición definido. 24 Sección C – Preparación para un Estudio de un Sistema de Medición Para una buena interpretación de resultados: 1) Siempre se asume que todos los análisis del MSA son con lecturas ó datos estadísticamente independientes, 2) Las mediciones se hacen en un orden aleatorio, por ej., no advirtiendo a los evaluadores que parte numerada se checa para evitar sesgos, 3) En la lectura de algún equipo, los valores de las mediciones debieran registrarse en un límite práctico con la discriminación del instrumento mismo, y 4) Un estudio se administra y observa por una persona que entiende la importancia de conducir un estudio confiable. 25 Sección D – Análisis de Resultados Criterios de Aceptación y Rechazo de %RRG GRR Decision Comentarios Abajo del 10 por ciento Generalmente considerado como un sistema de medición aceptable. Recomendado, especialmente útil cuando se trate de separar ó clasificar partes ó cuando se requiere cerrar el control del proceso. Del 10 al 30 por ciento Puede ser aceptable para algunas aplicaciones La decisión debiera basarse en, por ejemplo, importancia de las mediciones en la aplicación, costos de dispositivos de medición, costos de retrabajos ó reparaciones. Debiera ser aprobado por el cliente. Arriba del 30 por ciento Se considera inaceptable Debiera hacerse todo esfuerzo por mejorar el sistema de medición. Esta condición puede ser abordada por el uso de una estrategia de mediciones apropiada; por ejemplo, usando el resultado promedio de varias lecturas sobre la misma característica de la parte, a fin de reducir la variación final en las mediciones. 26 Sección D – Análisis de Resultados Criterios de Aceptación y Rechazo de %RRG • • • Otro métrico de error de amplitud es el Número de Categorías Distintas (NCD) en que el proceso de medición puede dividirse. Este valor debiera ser igual ó mayor a 5, El uso único de %RRG perse no es una práctica aceptable para la aceptación ó rechazo de un sistema de medición. Puede ser el conjunto de la estabilidad y los errores de localización y amplitud, así como el NCD, Además, la aceptación final de un sistema de medición no debiera terminar sólo en un conjunto de índices. Debiera revisarse, por ej., el desempeño de largo plazo del sistema de medición con gráficas de tendencias en el tiempo. CAPITULO III Prácticas recomendadas para Sistemas de Medición Replicables Análisis del Sistema de Medición (MSA) Measurement Systems Analysis Capitulo III – Prácticas recomendadas para un Sistemas de Medición simple. A. Ejemplos de procedimientos de prueba B. Estudio de variables de medición (determinación de estabilidad, bias, linealidad, repetibilidad y reproducibilidad. C. Estudio de sistemas de medición por atributos. MSA Sistema de Medición Locación (exactitud) S esgo E stabilidad L inealidad MSA Amplitud (precisión) R eproducibilidad R epetibilidad Sección A – Procedimientos de Prueba de Ejemplo El procedimiento de prueba a usar para entender un sistema de medición y cuantificar su variabilidad dependen de las fuentes de variación que afecten al misma sistema, En muchas situaciones las 3 fuentes principales de variación son: el instrumento (gage/equipo), la persona (evaluador/operador) y el método (procedimiento de medición), Los procedimientos aquí presentados son apropiados cuando * Sólo se analizan dos factores ó condiciones de medición (ej., evaluadores y partes) más la repetibilidad del sistema de medición, * El efecto de la variabilidad dentro de cada parte es insignificante, * No hay interacción estadística entre los evaluadores y las partes, y * Las partes no cambian, funcional ó dimensionalmente durante el estudio (ej., son replicables). 31 Página 10 Sección B – Estudios de Sistemas de Medición por Variables Un ejemplo de Estabilidad • • Un equipo de procesos selecciona una parte y la manda al lab., determinando un valor de referencia de 6.01. Luego el equipo mide esta parte 5 veces por turno durante cuatro semanas (20 subgrupos). Con los datos recolectados y graficados, se obtuvo: 32 El análisis muestra que el proceso es estable y sin causas especiales visibles. Página 86 Sección B – Estudios de Sistemas de Medición por Variables Página 90 ejemplo de Sesgo Un ingeniero de manufactura requiere evaluar el sesgo de un sistema de medición. Se selecciona una parte dentro del rango de operación del sistema de medición. Se determina también su valor de referencia. Luego, un operador mide la parte 15 veces. 4 Frecuencia 3 2 1 0 5.6 34 5.7 5.8 5.9 6.0 6.1 Valor de las Mediciones 6.2 6.3 6.4 Figura 10: Estudio de Sesgo – Histograma de Estudio de Sesgo Sección B – Estudios de Sistemas de Medición por Variables Un ejemplo de Sesgo • • • El histograma no muestra alguna anormalidad. La repetibilidad de 0.2120 se comparó contra la variación esperada del proceso (desviación estándar) de 2.5, ofreciendo un %EV del 8.5% (.2120/2.5x100). La repetibilidad es aceptable y el estudio continua, Dado que el cero cae dentro del intervalo de confianza del sesgo (-0.1107, 0.1241), el ingeniero concluye que el sesgo es aceptable. 35 Página 91 Sección B – Estudios de Sistemas de Medición por Variables Un ejemplo de Linealidad Un supervisor está presentando un nuevo sistema de medición al proceso. Como parte de un PPAP, se requiere evaluar la linealidad. Se seleccionaron 5 partes a lo largo del rango de operación. Cada parte se midió con una inspección de layout para determinar su valor de referencia. Luego cada parte se midió 12 veces por un operador líder. Las partes se seleccionaron al azar durante el estudio. 36 Página 90 Sección B – Estudios de Sistemas de Medición por Variables Un ejemplo de Linealidad Tabla con las 5 muestras y los 12 resultados de cada muestra. 37 Página 90 Sección B – Estudios de Sistemas de Medición por Variables Un ejemplo de Linealidad Tabla con los cálculos del sesgo. 38 Página 90 Sección B – Estudios de Sistemas de Medición por Variables Un ejemplo de Linealidad Se realiza el análisis de regresión y gráfica de sesgo vs. Los valores de referencia. Causas especiales pueden estar influenciando el sistema de medición. Los datos para el valor de referencia 4 parecen bimodales (2 modas). También, el valor de R2 indica que el modelo lineal puede no ser apropiado. 39 Página 90 Sección B – Estudios de Sistemas de Medición por Variables Lineamientos para determinar la Repetibilidad y Reproducibilidad 1) 3 métodos aceptables para determinar el R&R son: • • • Método de los rangos, Método de los promedios y rangos, y Método ANOVA. 2) Se prefiere el método ANOVA porque mide la interacción estadística entre las partes y los evaluadores, y los otros 2 métodos no la cuantifican, 3) Es siempre un prerequisito en los estudios R&R evaluar la estabilidad, de lo contrario, los resultados pueden no ser válidos. 40 Página 100 Sección B – Estudios de Sistemas de Medición por Variables Determinación de R&R por el método de ANOVA • • Para este método siempre es práctico hacer los cálculos con una pc. La ventaja de este método con el de rangos y promedios y rangos es que se puede determinar la interacción estadística entre los evaluadores y las partes, 41 Página 100 Estudio Gage R&R • Planee el método. • Seleccione el número de evaluadores, el número de la muestra de piezas y el número de lecturas repetidas – Considere utilizar al menos 2 operadores y 10 muestras, donde cada operador mida cada muestra al menos dos veces (todos usando el mismo dispositivo). – Seleccione evaluadores que operen habitualmente los instrumentos. – Seleccione piezas de muestra del proceso que representen todo el ámbito operativo. Numere cada pieza. • Asegúrese de que el instrumento tenga una discriminación que sea al menos 1/10 de la variación prevista del proceso para la característica que vaya a leerse. Estudio Gage R&R •Calibrar el medidor (gage) o asegurar que haya sido calibrado •El operador 1 tienen que tomar todas las muestras en orden aleatoria •El operador 2 tienen que tomar todas las muestras en orden aleatoria •Repetir los pasos 2 y 3 de acuerdo al numero de repeticiones requeridas (2 o 3) •Analizar los datos en Minitab para determinar la estadística del estudio R&R •Repetibilidad •Reproducibilidad •La desviación estándar de las dos •%R&R •Relación P/T Sección B – Estudios de Sistemas de Medición por Variables Un ejemplo de R&R ANOVA (cruzado) Un proveedor automotriz desea saber si el sistema de medición utilizado actualmente está midiendo de forma precisa el grosor de una parte de un motor. Se seleccionaron diez partes, que representan el rango esperado de variación del proceso. Tres operadores midieron el grosor de cada una de las diez partes, dos veces por parte, en orden aleatorio 46 Página 90 Resultados en Minitab Minitab nos da información en forma analítica y gráfica • Resultados Analíticos • Tabla de ANOVA (Análisis de Variación) • Componentes de la Variación • Tabla de porcentaje de contribución • Resultados Gráficos • Cuadros X-Bar / R • Componentes de la Variación • Cuadro de interacción entre Operador*Muestra • Cuadros de medidas por Operador y por Muestra Índice de la Capacidad de medición - P/T Relación Precisión a la Tolerancia 515 . * MS P/T Tolerance Usualmente expresada en porcentaje Tolerancia = USL - LSL Se refiere a que porcentaje de la Tolerancia esta tomado por errores de medición. Mejor caso: <10% Aceptable: <30% Incluye repetibilidad y reproducibilidad Operador x Unidad x Experimento de Prueba Nota: 5.15 desviaciones estandares toman en cuenta 99% de la variación MS. El uso de 5.15 es una norma industrial. Índice de la Capacidad de medición - P/T La relación P/T (% Tolerance en Minitab) es la estimación mas comun de la precisión del sistema de medición. • Esta estimación puede ser apropiada para evaluar como funciona el sistema de medición con respecto a las especificaciones • Las especificaciones, pueden ser muy apretadas o muy holgadas • Generalmente la relación P/T es una buena estimación cuando se usa el sistema de medición solamente para clasificar las muestras de producción Indice de la Capacidad de medición - % GR&R MS % R& R 100 Total Se refiere a que porcentaje de la Variación Total está tomado por error de medición Incluye repetibilidad y reproducibilidad Operador x Unidad x Experimento de Prueba Como meta, buscar un %R&R < 30% Indice de la Capacidad de medición - % GR&R MS % R& R 100 Total Se refiere a que porcentaje de la Variación Total está tomado por error de medición Incluye repetibilidad y reproducibilidad Operador x Unidad x Experimento de Prueba Como meta, buscar un %R&R < 30% Sección C – Estudios de Sistemas de Medición por Atributos • • • • • • 57 Cuando se maneja un gage de atributos, el resultado es pasa ó no pasa, por lo que se sugiere una codificación 0 para rechazo y 1 para aprobado, Se evalúa el grado de acuerdo ó coincidencia entre los evaluadores y un valor de referencia, Por lo general se manejan 50 piezas, 3 evaluadores y 3 repeticiones ó intentos, conocido como estudio 50-3-3, Se determinan tablas cruzadas de acuerdo entre evaluadores y con el valor de referencia, calculando un factor kappa con siguiente fórmula: Luego se determina el acuerdo total entre evaluadores para estimar la efectividad, El criterio de aceptación y rechazo para Kappa y Efectividad es 0.75-0.40 y 90-80% respectivamente. Página 131 Análisis del Sistema de Medición (MSA) Estudio de un sistema de medición por atributos. Los sistemas de medición por atributos son la clase de sistemas en que el valor de medición es uno de un número finito de categorías. Esto contrasta con el sistema de medición donde las variables que puede resultar en un valores continuos. El más común de ellos es un medidor Pasa / No Pasa que sólo tiene dos resultados posibles. Otros sistemas de atributo, por ejemplo, normas visuales, puede resultar en cinco a siete clasificaciones, como muy buena, buena, regular, mala, muy mala. R & R por Atributos Una medición por atributos es aquella que compara un objeto contra los límites de especificación para determinar si cumple o no cumple el objeto. USL LSL I II III Tarjeta II I MSA Probabilidad de Falsa Alarma (Pfa): La probabilidad de una falsa alarma es la posibilidad de rechazar una parte conforme. Sin embargo, rechazar una parte conforme ocasiona retrabajo y reinspección cuando no es necesario. Si la Pfa se hace muy grande. La probabilidad de falsa alarma se calcula con la siguiente fórmula: Pfa = Número de falsas alarmas /número de oportunidades para falsas alarmas Sesgo (B): Es la medida de la tendencia para clasificar una pieza como conforme o no conforme. El sesgo es una función de Pmiss y Pfa. Los valores del sesgo son iguales o mayores a cero y tienen la siguiente interpretación: B=1 B>1 B<1 implica que no hay sesgo implica sesgo a rechazar partes implica sesgo a aceptar partes El valor del sesgo se calcula de la siguiente manera: B = Pfa / Pmiss R & R por Atributos Juego de piezas 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 A/R A R A R R A A A R A A R A R A 1 A R A R R R R A R A A R A R 2 A R A R R R A A R A A R A R B 3 A R A R R R R A R A A R A R 1 A R A R R A A A A A A R A R 2 A R A R A A A A A A A R A R C 3 A R A R R A A A A A A R A R 1 A R A R R A A A A A A R A R 2 A R A R R A R A A A A R A R 3 A R A R R A A A A A A R A R R&R por Atributos Resultados de inspección Tasador A B C Número de buenas correctas 19 24 23 Número de malas correctas 18 14 15 Número de correctas 37 38 38 Número de falsas alarmas 5 0 1 Número de errores Número total 0 4 3 42 42 42 Cálculos Tasador A B C E 37/42 = 0.88 38/42 = 0.90 38/42 = 0.90 Pfa 5/24 = 0.21 0/24 = 0 1/24 =0.04 Pmiss 0/18 = 0 4/18 = 0.22 3/18 = 0.17 R&R por Atributos Criterios de Evaluación de datos de variables por atributos Parámetro Aceptable Marginal Inaceptable E >0.90 de 0.80 a 0.90 <0.80 Pfa <0.05 de 0.05 a 0.10 >0.10 Pmiss <0.02 de 0.02 a 0.05 >0.05 AIAG CORE TOOLS: Control Estadistico del Proceso SPC Segunda Ediciòn SPC – Control Estadístico de proceso Es una técnica estadística, de uso muy extendido, para asegurar que los procesos cumplen con los estándares. Todos los procesos están sujetos a ciertos grados de variabilidad, por tal motivo es necesario distinguir entre las variaciones por causas naturales y por causas imputables. Es una colección de métodos estadísticos, gráficos de control, sobre todo para analizar y controlar un proceso ¿Por qué usarlo? Para saber cuando los procesos tienen un cambio y responder en consecuencia Control Estadístico del Proceso SPC Capitulo 1 – Mejoramiento Continuo y Control Estadístico de los Procesos. A. B. C. D. E. F. G. H. Prevención Versus Detección Un Sistema de Control de Procesos Variación: Causas Comunes y Especiales Acciones Locales y Acciones para el Sistema Control y Habilidad de los Procesos El Ciclo del Mejoramiento Continuo y el Control de los Procesos Gráficas de Control: Herramientas para Control y Mejoramiento de los Procesos Aplicación Efectiva y Beneficios de las Gráficas de Control Control Estadístico del Proceso SPC Capitulo II – Gráficas de Control. A. Proceso para las Gráficas de Control B. Definición de Señales “Fuera-de-Control” C. Formulas para Gráficas de Control Control Estadístico del Proceso SPC Capitulo III– Otros Tipos de Gráficas de Control Capitulo IV - Entendimiento de Habilidad de los Procesos y Desempeño de los Procesos A. Definiciones de Términos de Procesos B. Manejo de Distribuciones No Normales y Multivariables C. Uso Sugerido de Medidas de los Procesos •El Capítulo I ofrece bases para el control de los procesos, explica varios conceptos importantes tales como, causas especiales y comunes de variación. También introduce las gráficas de control, las cuales pueden ser una herramienta muy efectiva para el análisis y monitoreo de los procesos. •El Capítulo II describe la construcción y uso de gráficas de control tanto para datos de variables como de atributos. •El Capítulo III describe otros tipos de gráficas de control que pueden ser usadas para situaciones especiales – gráficas en base a probabilidades, gráficas de corridas cortas, gráficas para detectar pequeños cambios, no normales, multivariables y otras gráficas. •El Capítulo IV aborda el análisis de habilidad de los procesos. •Los Apéndices abordan el muestreo, sobre-ajustes, un proceso para seleccionar gráficas de control, tablas de constantes y fórmulas, la tabla normal, un glosario de términos y símbolos, y referencias. Sección A -Estrategia de Detección vs Prevención Detección - Hacer los productos y Control de Calidad inspeccionar el producto final y descubrir los productos que no cumplían con especificaciones. la cual significa desperdicio, dado que permite tiempo y materiales a ser invertidos en productos ó servicios que no siempre son usables. Prevención - “Hazlo correcto desde la primera vez” Sección B Sistema de Control de procesos Se conforma por cuatro elementos: 1. El Proceso – Por proceso, significa una combinación completa de proveedores, fabricantes, gente, equipo, materiales de entrada, métodos y medio ambiente que trabajan juntos para producir un resultado, y los clientes que usen dicho resultado. 2. Información Acerca del Desempeño – Mucho de la información acerca del desempeño actual de un proceso puede ser aprendida estudiando los resultados del proceso mismo. Las características de un proceso (tales como, temperaturas, tiempos de ciclo, velocidades de alimentación, ausentismo, tiempos muertos, lo tardío, o número de interrupciones) debieran ser el enfoque último de nuestros esfuerzos Sección B Sistema de Control de procesos Se conforma por cuatro elementos: 3. Acciones Sobre el Proceso – Las acciones sobre el proceso son frecuentemente más económicas cuando se toman para prevenir que características importantes (del proceso o resultados) varíen mucho de sus valores meta. Esto asegura que la estabilidad y la variación de los resultados del proceso se mantengan dentro de límites aceptables. Dichas acciones pueden consistir en: • Cambios en las operaciones Entrenamiento a los operadores Cambios en los materiales de recibo • Cambios en los elementos más básicos del proceso mismo El equipo La forma en como la gente se comunica y se relaciona El diseño del proceso como un todo – el cual puede ser vulnerable a cambios de temperatura y humedad en piso. Sección B Sistema de Control de procesos Se conforma por cuatro elementos: 34. Acciones Sobre los Resultados — Acciones sobre los resultados es frecuentemente lo menos económico, cuando se restringe a la detección y corrección de producto fuera de especificaciones sin abordar problemas del proceso en cuestión. Desafortunadamente, si el resultado actual no cumple consistentemente con los requerimientos de los clientes, puede ser necesario clasificar todos los productos y desechar o retrabajar cualquier producto no conforme. Esto debe continuar hasta que acciones correctivas necesarias sobre el proceso se hayan tomado y verificado. Sección C Causas Comunes y causas especiales Causas comunes se refieren a las tantas fuentes de variación que están actuando consistentemente en un proceso. Causas comunes dentro de un proceso generan una distribución estable y repetible en el tiempo. Esto es llamado “en un estado de control estadístico”, “en control estadístico”, o algunas veces sólo “en control”. Causas comunes generan un sistema estable de causas aleatorias. Si solo causas comunes de variación están presentes y no cambian, los resultados de un proceso son predecibles. Sección C Causas Comunes y causas especiales Causas especiales (a menudo llamadas causas asignables) se refieren a cualquier factor causando variaciones que afecten solo algunos resultados del proceso. Estas a menudo son intermitentes e impredecibles. Las causas especiales son señalizadas por uno o mas puntos fuera de los límites de control o por patrones no aleatorios de puntos dentro de los límites de control. A menos que todas las causas especiales de variación se identifiquen y se actúe sobre ellas, estas pueden continuar afectando los resultados del proceso en formas impredecibles. Si están presentes causas especiales de variación, los resultados del proceso no serán estables en el tiempo. Sección D Acciones Locales y acciones sobre el sistema Acciones Locales Generalmente se requieren para eliminar causas especiales de variación Generalmente pueden tomarse por gente cercana al proceso Típicamente pueden corregir alrededor del 15% de los problemas del proceso Acciones Sobre el Sistema Generalmente se requieren para reducir variaciones debidas a causas comunes Casi siempre requieren de acciones de la dirección/ administración para correcciones Son necesarias para corregir típicamente alrededor del 85% de los problemas del proceso 78 VARIACIÓN VARIACIÓN VARIACIÓN VARIACIÓN VARIATION SHAPE Sección E Control y Habilidad de los Procesos La Habilidad del Proceso es determinada por la variación que proviene de causas comunes. Generalmente representa el mejor desempeño del proceso mismo. Esto se demuestra cuando el proceso ha sido operado en un estado de control estadístico independientemente de las especificaciones. Desempeño del Proceso; esto es, el resultado global del proceso y como se relaciona con sus requerimientos (definidos por especificaciones), independientemente de la variación del proceso mismo. Process Control and Process Capability IN CONTROL OUT OF CONTROL CAPABLE Case 1: Ideal Process is stable and able to meet specifications Case 3: Unpredictable Process appears to meet specifications NOT CAPABLE Case 2: Not Acceptable Process is stable but with excessive variation Case 4: Not Acceptable Special and common causes must be reduced Sección E Control y Habilidad de los Procesos Los índices de procesos pueden dividirse en dos categorías: aquellos que son calculados usando estimativos de variación dentro de subgrupos (ó muestras) y a que los usando la variación total cuando se estime un índice dado (ver también Capítulo IV). Por ejemplo, se recomienda que Cp y Cpk sean usados (ver Capítulo IV), y además que se combinen con técnicas gráficas para entender mejor la relación entre la distribución estimada y los límites de especificación. En cierto sentido, esto cuantifica el comparar (y tratar de alinear) la “voz del proceso” con la “voz del cliente”) (ver también sherkenbach (1991)). El Ciclo de Mejoramiento Continuo de los Procesos PLANEAR ACTUAR ACTUAR 86 GRAFICOS DE CONTROL Las gráficas de control pueden ser usadas para monitorear o evaluar un proceso. Existen básicamente dos tipos de gráficas de control, aquellas para datos de variables y para datos de atributos. El proceso mismo dicta qué tipo de gráfica de control usar. Algunos de los tipos de gráficas más comunes, gráficas de Promedios y Rangos (R), gráficas de Lecturas Individuales, gráficas de Rangos Móviles (MR), etc., pertenecen a la familia de gráficas de variables. Las gráficas basadas en datos de conteo o porcentaje (ej., p, np, c, u) pertenecen a la familia de gráficas de atributos. Control Chart Special Cause Variation Process is “Out of Control” Run Chart of data points Upper Control Limit +/- 3 sigma Common Cause Variation Process is “In Control” Lower Control Limit Mean Special Cause Variation Process is “Out of Control” Process Sequence/Time Scale GRAFICOS DE CONTROL VARIABLES Las gráficas de control por variables representan la aplicación típica del control estadístico de los procesos, donde los procesos y sus resultados pueden caracterizarse por mediciones de variables Las gráficas de control por variables son particularmente útiles por varias razones: • Un valor cuantitativo (ej., “el diámetro es 16.45 mm”) contiene más información que una simple declaración sí-no (ej., “el diámetro está dentro de especificaciones”); • Aunque la recolección de datos de variables es usualmente más costosa que la recolección de datos de atributos (ej., pasa/ no pasa), puede alcanzarse una decisión más rápidamente con un tamaño de muestra más pequeño. Esto puede conducir a costos totales de medición bajos debidos a un incremento en la eficiencia; GRAFICOS DE CONTROL ATRIBUTOS Los datos de atributos son valores discretos y pueden ser contados para registro y análisis. Con análisis de atributos los datos son separados en distintas categorías (conforme/no conforme, aprueba/falla, pasa/no pasa, presente/ausente, bajo/medio/alto). Ejemplos incluyen la presencia de una etiqueta requerida, la continuidad de un circuito eléctrico, el análisis visual de una superficie pintada, ó errores en un documento editado. 92 ELEMENTOS DE LA GRAFICA DE CONTROL • (A) Escala apropiada La escala debiera ser tal que la variación natural del proceso pueda ser fácilmente vista. Una escala que produzca una gráfica de control “estrecha” no permite análisis ni control del proceso mismo. 93 ELEMENTOS DE LA GRAFICA DE CONTROL • (B) UCL, LCL La habilidad de determinar indicadores que den señales de causas especiales en las gráficas de control requiere que los límites de control se basen en una distribución muestral. Los límites de especificación no debieran usarse en lugar de límites de control válidos para análisis y control del proceso. 94 ELEMENTOS DE LA GRAFICA DE CONTROL • (B) Línea central La gráfica de control requiere de una línea central basada en la distribución muestral, a fin de permitir la determinación de patrones no aleatorios que den señales de causas especiales. • (C) Secuencia/esquema de tiempo de los subgrupos Manteniendo la secuencia en la cual los datos son recolectados ofrece indicaciones de “cuándo” ocurre una causa especial y si dicha causa está orientada en el tiempo. 95 ELEMENTOS DE LA GRAFICA DE CONTROL • (D) Identificación de valores fuera-de-control graficados Puntos graficados que estén fuera de control estadístico debieran estar identificados en la gráfica de control. Para control del proceso, el análisis de causas especiales y su identificación debiera ocurrir conforme cada muestra es graficada así como revisiones periódicas de la gráfica de control como un todo para patrones no aleatorios. • (E) Bitácora de eventos Además de la recolección, graficado y análisis de datos, información de soporte adicional debiera ser recolectada. Esta información debiera incluir fuentes potenciales de variación, así como acciones tomadas para resolver señales fuera-de-control (OCS). Esta información puede registrarse en la gráfica de controlo en una Bitácora de Eventos por separado. 96 Control Estadístico del Proceso SPC Capitulo II – Gráficas de Control. A. Proceso para las Gráficas de Control B. Definición de Señales “Fuera-de-Control” C. Formulas para Gráficas de Control Seccion A Proceso para las Gráficas de Control Define la característica. La característica debe ser operacionalmente definida de manera que los resultados puedan ser comunicados a todos los interesados en formas que tengan el mismo significado hoy como ayer. Esto involucra el especificar qué información es recolectada, dónde, cómo, y bajo qué condiciones. Define el sistema de medición. La variabilidad total de proceso consiste de la variabilidad parte-a-parte y de la variabilidad del sistema de medición. Es muy importante evaluar el efecto de la variabilidad del sistema de medición sobre la variabilidad global del proceso y determinar si es aceptable. El desempeño de las mediciones debe ser predecible en términos de exactitud, precisión y estabilidad. 99 Seccion A Proceso para las Gráficas de Control Minimiza variaciones innecesarias. Causas de variación innecesarias y externas, debieran ser reducidas antes de iniciar el estudio. Esto podría significar simplemente vigilar que el proceso es operado como se espera. El propósito es evitar problemas obvios que podrían y debieran ser corregidos sin el uso de gráficas de control. Esto incluye ajustes y sobrecontrol del proceso. En todos los casos, una bitácora de eventos del proceso puede mantenerse hacienda notar todos los eventos relevantes tales como, cambios de herramental, lotes de materias primas nuevos, cambios en los sistemas de medición, etc. Esto ayudaría en el análisis del proceso subsecuente. Asegura que el esquema de selección es apropiado para detectar causas especiales esperadas. 100 Sección B Definición de Señales “Fuera-deControl” 101 Sección B Definición de Señales “Fuera-deControl” Valores de la Variable 2- 9 Puntos consecutivos en el mismo lado de la línea central Observaciones 102 Sección B Definición de Señales “Fuera-deControl” Valores de la Variable 3- 6 Puntos consecutivos todos crecientes ó decrecientes Observaciones 103 Sección B Definición de Señales “Fuera-deControl” Valores de la Variable 4- 14 Puntos consecutivos alternando hacia arriba y hacia abajo Observaciones 104 Sección B Definición de Señales “Fuera-deControl” Valores de la Variable 5- 2 de 3 puntos más allá de 2 desviaciones de la línea central (mismo lado) Observaciones 105 Sección B Definición de Señales “Fuera-deControl” Valores de la Variable 6- 4 de 5 puntos más allá de 1 desviación de la línea central (mismo lado) Observaciones 106 Sección B Definición de Señales “Fuera-deControl” Valores de la Variable 7- 15 puntos consecutivos dentro de 1 desviación de la línea central (ambos lados) Observaciones 107 Sección B Definición de Señales “Fuera-deControl” Valores de la Variable 8- 8 Puntos consecutivos más allá de 1 desviación de la línea central (ambos lados) Observaciones 108 Sección C Fórmulas para Gráficas de Control Verificación de cálculos para las gráficas: X-R (Promedios y Rangos) X-MR (Lecturas Individuales) X-s (Promedios y Desviaciones Estándar) Pág 70 del Manual SPC 110 Sección C Fórmulas para Gráficas de Control Verificación de cálculos para las gráficas: p (Defectivos) np (Defectivos) c (Defectos) u (Defectos) 111 Gráfica I-MR Los gráficos de control por variables pueden también construirse para observaciones individuales procedentes de la línea de producción. Esto puede resultar necesario cuando el considerar muestras de tamaño mayor que 1 resulte demasiado caro, inconveniente, o imposible. En este procedimiento de control se emplea el rango móvil de dos observaciones sucesivas para estimar la variabilidad del proceso. 112 Gráfica de Individuos-MR Es más fácil usando Minitab: Aquí encontramos gráficas de control para variables... datos Gráfica Xbarra-S Es un gráfico de control para desviaciones estándar muestrales. Por tanto, podemos usar los gráficos S para estudiar la variabilidad del proceso y detectar la posible existencia de causas especiales. Resulta habitual utilizar los gráficos S para muestras de tamaño superior a 10, utilizando los gráficos R en caso contrario. 114 Gráfica Xbarra-R Un gráfico X-barra contiene las medias muestrales de la característica que se pretende estudiar, por lo que mediante él podremos detectar posibles variaciones en el valor medio de dicha característica durante el proceso (desviaciones con respecto al objetivo). Un gráfico R es un gráfico de control para rangos muestrales. Se utiliza para medir la variación del proceso y detectar la posible existencia de causas especiales. Es habitual usar los gráficos R para estudiar la variación en muestras de tamaño no superior a 10, recurriendo a los gráficos S para muestras mayores. 115 GRAFICOS POR ATRIBUTOS Estas gráficas de control usan datos categóricos y las probabilidades relacionadas a las categorías para identificar la presencia de causas especiales. El análisis de datos categóricos por estas gráficas generalmente utiliza distribuciones binomiales o de Poisson aproximadas en una forma normal. Son usadas para el rastreo de partes no aceptables identificando productos no conformes y no conformidades dentro de un producto mismo 116 GRAFICOS POR ATRIBUTOS gráfico P es un gráfico de control del porcentaje o fracción de unidades defectuosas (cociente entre el número de artículos defectuosos en una población y el número total de artículos de dicha población). gráfico NP Este tipo de gráficos permite tanto analizar el número de artículos defectuosos como la posible existencia de causas especiales en el proceso productivo. Los principios estadísticos que sirven de base al diagrama de control NP se basan en la distribución Binomial: 117 GRAFICOS POR ATRIBUTOS El diagrama C está basado en el número total de defectos (o no conformidades) en la producción. Los principios estadísticos que sirven de base al diagrama de control C se basan en la distribución de Poisson: El diagrama U está basado en el número de defectos por unidad de inspección producida. Los principios estadísticos que sirven de base al diagrama de control U se basan en la distribución de Poisson 118 -3 +3 Capacidad Del Proceso La Voz del Proceso: Los Limites Naturales del Proceso 3 -3 Variación Natural del Proceso Los valores individuales del proceso varían naturalmente por 3 alrededor de la media del proceso. Los limites inferiores y superiores de esta variación son “Limite Natural del Proceso Inferior” (LNPL) y “Limite Natural del Proceso Superior” (UNPL), respectivamente. USL LSL Specification Tolerance Interval Intervalo de Tolerancia de la Especificación El Limite Inferior (LSL) y el Limite Superior (USL) de la Especificación definen la variación máxima de tolerancia que el cliente espera ver. La distancia entre los dos limites se llama el Intervalo de Tolerancia de la Especificación. USL LSL -3 Variación Natural del Proceso Intervalo de Tolerancia de la Especificación 3 Ejemp LSL USL El proceso es apenas capaz mientras se quede centrado dentro de los limites de especificación. LSL USL El proceso es capaz y se mantendrá así, aún si el promedio es movido. Tiene espacio suficiente para moverse. LSL USL El producto está fuera de los limites USL y LSL. LSL USL El producto está arriba del USL. LSL El producto está por debajo del LSL. USL Estudios de Capacidad Long-term Process Data for Co2 15 UCL=14.18 Individual Value 14 13 X =12.64 12 LCL=11.10 11 • Un estudio a corto plazo cubre un período relativamente pequeño durante el cual las fuentes ajenas de variación han sido excluidas. (Guía: de 30-50 puntos de datos) 10 9 0 50 100 150 Observation Number Long-term Process Data for Co2 15 UCL=14.18 Individual Value 14 13 X =12.64 12 LCL=11.10 11 10 9 0 50 100 Observation Number 150 • Un estudio a largo plazo cubre un período mas largo durante el cual hay más probabilidad que el proceso se desvíe. (Guía: de 100-200 puntos de datos) Proporción de Capacidad, CP CP = L a Vo z d e l C l i e n t e L a Vo z d e l P r o c e s o CP USL LSL 6 • CP toma en consideración solo la difusión del proceso • Valores Típicos: – Marginal, CP = 1 – Bueno, CP = 1.67 – 6 Sigma, CP = 2 USL LSL 3 (3 ) Cp: Este es un índice de habilidad. Compara la habilidad del proceso con la variación máxima permitida como se indica por la tolerancia. Este índice ofrece una medida de que tan bien el proceso satisface los requerimientos de variabilidad. Proporciones de Capacidad de Un Solo Lado C PU USL X 3 C PL X LSL 3 • Si un proceso tiene una sola especificación (USL o LSL), se debe calcular una proporción de capacidad de un solo lado (CPU o CPL). Se considera la difusión del proceso y el lugar. • Valores Típicos: – Marginal, CPU o CPL = 1 – Bueno, CPU o CPL = 1.33 – 6 Sigma, CPU o CPL = 1.5 Proporción de Capacidad Centrada, CPK CPK Mínimo (CPU, CPL ) • Si la especificación es de dos lados, se puede calcular la relación de capacidad centrada. Es la más pequeña de CPU y CPL. • Otra manera de calcular CPK es de dividir la distancia de la media a la especificación más cercana (DNS) entre 3. C PK DNS 3 Cpk: este es un índice de habilidad. Toma en cuenta la localización del proceso así como la habilidad. Para tolerancias bilaterales Cpk siempre será menor o igual a Cp. LSL USL 31” 29” LSL USL 32” 28” u = 30 “ s = .333 u = 30” s=1 Cp Cp= Cpk = 0.33 USL - LSL 6 Cp= Cpk = 2.0 Pp: Este es un índice de desempeño. Compara el desempeño del proceso con la máxima variación permitida como se indique por la tolerancia. Este índice ofrece una medida de que tan bien el proceso satisface los requerimientos de variabilidad Pp se calcula por Ppk: es un índice de desempeño. Toma en cuanta la localización del proceso así como el desempeño. Para tolerancias bilaterales Ppk siempre será menor o igual que PP. Ppk será igual a Pp solo si el proceso está centrado. Preparación para el análisis de capacidad Al comenzar la medición o control de un parámetro, siempre se debe: • Calibrar el sistema de medición (salvo que se haya hecho recientemente). – Use una norma del NIST (National Institute of Standards and Technology) – Un técnico capacitado. • Realizar un análisis del sistema de medición (MSA) – Grupo de piezas reales (utilice piezas de los límites superior e inferior del intervalo de tolerancia, incluso piezas rechazadas). – Grupo de operadores de máquinas reales. – Varias tandas 'ciegas' y aleatorias. • El proceso debe estar controlado estadísticamente. Un fabricante de motores utiliza un proceso de forjado para producir anillos para pistón. El proceso de forjado está bajo control, y ahora los ingenieros de calidad desean evaluar la capacidad del proceso. Reúnen veinticinco muestras de cinco anillos para pistón. Los límites de especificación para el diámetro del anillo para pistón son 74.0 ± 0.05. 74.030 74.002 74.019 73.992 74.008 73.995 73.992 74.001 74.011 74.004 73.988 74.024 74.021 74.005 74.002 74.002 73.996 73.993 74.015 74.009 73.992 74.007 74.015 73.989 74.014 74.009 73.994 73.997 73.985 73.993 73.995 74.006 73.994 74.000 74.005 73.985 74.003 73.993 74.015 73.988 74.008 73.995 74.009 74.005 74.004 73.998 74.000 73.990 74.007 73.995 Diámetro 73.994 73.998 73.994 73.995 73.990 74.004 74.000 74.007 74.000 73.996 73.983 74.002 73.998 73.997 74.012 74.006 73.967 73.994 74.000 73.984 74.012 74.014 73.998 73.999 74.007 74.000 73.984 74.005 73.998 73.996 73.994 74.012 73.986 74.005 74.007 74.006 74.010 74.018 74.003 74.000 73.984 74.002 74.003 74.005 73.997 74.000 74.010 74.013 74.020 74.003 73.982 74.001 74.015 74.005 73.996 74.004 73.999 73.990 74.006 74.009 74.010 73.989 73.990 74.009 74.014 74.015 74.008 73.993 74.000 74.010 73.982 73.984 73.995 74.017 74.013 Rev. 04 Sep 2015